Nem sensörleri nasıl çalışır

[Erdem]

Nem sensörlerinin nasıl çalıştığını anlamaya çalışıyorum.

Öğrendiğim kadarıyla iki tür sensör var. Sığal ve dirençsel olarak ölçüm yapabilen sensörler.

Dirençli olanlarda kullanılan malzeme su buharını emiyor ve dirençi değişiyor. Direnç bağıl neme göre logaritmik olarak değişiyor. Örneğin dirençli bir nem sensörü %30 bağıl nemde 10M, 90% bağıl nemde 90kΩ direnç gösteriyor. Ayrıca nem değişimini doğrusal hale (birinci dereceden denklem) getirmemiz gerekiyor. Direnç kullanan duyarlar doğru akım yerine dalgalı akım kullanması gerekiyor. Çünkü DC bu duyarlara zarar verebiliyor.

Sığal sensörlerde de sığa bağıl neme göre değişiyor. Burada sığalığı bağıl nemle ilişkilendirebilmek için daha basit bir değere çevirmemiz gerekiyor. Örneğin R ve C dirençlerinden oluşan salınır bir devremiz olsun. Eğer sığacın değeri bağıl neme göre değişirse salınım frekansı da değişecektir. Bu durumda devre bağıl nemi frekansa çeviren bir devre gibi çalışıyor. Ancak ne yazık ki frekans değişimini bağıl nemle direkt olarak ilişkilendiremiyoruz.

İkinci yöntem sinyal genişliğini (pulse width) değiştirmek. RC (direnç ve sığaçtan oluşan) integral alan  bir devre kurmak. Bu durumda puls genişliğiyle orantılı doğru bir gerilim elde ediyoruz.

Bunları denemek için 122p veya 240p sığal nem sensörü ve dirençsel nem sensörü arıyorum. Bunları nereden bulabilirim. Ben sadece SHT10 ve SHT11 nem sensörü bulabildim. Ama yukarıdakilerle bir bağlantı kuramadım

İkincisi mikro denetleyici kullanmadan bağıl nemi ölçmek için pratikte kurulacak devrenin çalışma prensibini izah edebilecek var mı.

[Kabil ATICI]

http://elektronikvelemciler.blogspot.com/2011/01/atmega8-ve-hh10d-ile-led-ekranl.html
bir işlemci ile nem sensörünün birlikte kullanımını hakkında fikir verebilir.


Uzun zaman önce bir arkadaşım bu konuda çalışırken ben sadece LCD konusunda yardımcı olmuştum.
Anlattığına göre önce kondansatörü 555 devresinde kullanarak frekans dönüştürücü olarak kullanarak kapasiteye bağlı bir frekans elde etti. Sonra bu elde edililen darbeleri bir frekans gerilim dönüştürücüden geçirdi. (bildiğimiz RC devresi) böylece burada frekansa bağlı bir gerilim elde etti. Sonra bu gerilimi 7106 devresinde ölçtü. Tabii 7106 kalibrasyonunu bu devre üzerinde kullanılacak şekilde yapmıştı. Bu işin kabacası. Sensörün markasını hatırlamıyorum.

555 devresinde 2ve 6. bacaklar ile GND arasına bağlı kondansatörün değişimi frekansı da değiştirecektir. Dolayısı ile sözü edilen kondansatör frekans ile bağlantılı olacaktır. Bunun için internetten 555 (darbe üreten) frekans formülüne bakabilirsin.

[stlg]

Asagıdaki siteyi bir incele istersen

http://www.digikey.com/us/en/techzone/sensors/resources/articles/keeping-track-of-industrial-processes.html

[Erdem]

Teşekkürler.

O zaman anladığım kadarıyla ilk örnekteki gibi sığalığı yani ölçtüğümüz bağıl nemi frekansa çeviriyoruz. Ama doğru anladıysam HH10D, 555 yongası, EEPROM vs.. ile birlikte geliyor. Biz şemada verilen devreyi kurmuyoruz. Yani bir nem sensöründen daha fazlası.

SHT10, SHT11 serileri de tamamen dijital anladığım kadarıyla. Burada hazır gelen bilgiyi okumaktan başka bir şey yapmıyoruz.

@stlg : Verdiğin bağlantı çok yardımcı oldu. Benim ihtiyacım olan şey HS1101LF sanırım. Benim okuduğum kaynakta 122p veya 240p demiş. HS1101LF'in sığalığı 180p ama bu ilgili direnci değiştirip farklı bir direnç kullanacağımız için farketmez sanırım. Bu ürünü Türkiye'de temin etme imkanı olsa güzel olurdu.

[ipek]

http://www.techdesign.be/projects/012/012.htm
bu linkte örneği olan sensoru philips 30 yıldan fazla üretti hala varmıdır bilemiyorum H1 fakat datasından kapasite humidity oran cetveline bakabilirsiniz ,kılima nem karşılaştırma sensor'uda Palladium resiztans N03H figaro firması 20 yıldır bunu üretti
buna kesilikle 1 khz sinus sinyal verilmesi icap ediyor ısı farkı bağıl nemi otomatik düzeltsin diye seramik çipin gövdesinde birde ntc barındırıyor. gördüğün gibi bu tür sensor'lar sadece nostalji rüzgarı modern olanları fabrika üretim aşamasında lazer ile kalibre edilip ayrıca aynı gövdede birde ısı sensoru barındırmaktadır.bunca yıldır hava bültenlerinden gıcık kaptım,bu gün hava 30 derece fakat siz 35 hissedeceksiniz...nem işi zor gelir bana....

[muhittin_kaplan]

Hocam Nasıl Çalıştığını bilmiyorum ama,
Hassas ölçü aletleri ve kalibrasyon labaratuarında At kılıyla çalışan bir nem ölçer olduğunu gördüğümde şok olmuştum
"google horse hair hygrometer"

[Erdem]

Evet Philips'in ürettiği H1 modeli tam benim istediğim şey.  25°C'de sığası 122pF %15 @ %43 bağıl nem şeklinde.

Meteoroloji de aynı mantıkla ölçüm yapıyormuş. İki tane elektrod arasına ince polimer film koyuyorlar. Polimer film havanın nemini emince dielektrik katsayısı dolayısıyla sığası değişiyor.

Evet mekanik higrometrelerin bazıları insan ya da hayvan kılının gerginlik değişikliklerini ölçerek çalışıyormuş.

Nem işi bana da zor geldi

Özellikle toprak nemini ölçmek için bu ölçüm aletlerinin uçları çok pahalı. Bildiğimiz kireç taşından oldukça yeterli bir uç yapılabiliyormuş. Amazon'da 3-5 taşı 90 $'a satıyorlar. Kullanılan yöntemlerden bir tanesi de Time-domain reflectometry denilen bir yöntem ve ucu NASA'ya kadar çıkıyor.

[ipek]

bu bir projemi ders'mi olmazsa olmazmı H1 ile temel bir devre buldunmu yapmanmı icap ediyor yoka esintimi??
vereceğin cevaba göre H1 kazanabilirsin...

[Erdem]

Esinti

Aslında tamamen öğrenmeye çalışıyorum. Hatta o kadar takıldım ki CS 188 alıyordum. Üç günüm bu yüzden gitti.

Epe'nin 2002 sayısında işlemsel yükselteçleri anlatan bir bölüm var. Orada nem ölçümünü ayrıntılarıyla anlatıyor. Hemen altında da ekmek tahtası (bread board'un böyle bir anlama geldiğini yeni farkediyorum) üzerinde 122p ya da 240p nem sensörü kullanarak bunun uygulamasını yapmışlar.

Bunun dışında bir arkadaş için nemi sıcaklığı ölçen ufak bir proje yapmam gerekiyor. Ancak bu proje için SHT10 kullanıp verileri basitçe dijital olarak okumam yeterli.

Bu arada bahsetmeyi unutmuşum. Tom Engdahl bu TDR yöntemi için bir devre yapmış:

http://www.epanorama.net/circuits/tdr.html

[ipek]

verdiğin cevap benim için yeterli bu H1 sensoruna gereksinimin var ise özelden iletişim bilgilerini yaz bende olacaktı kurye vasıtasıyla ulaştırıyım..

[Erdem]

Çok teşekkürler.

[ete]

Gerçek nem sensörlerinin zirkonyumdan yapıldığını ve işin aslının ortamdaki oksijen miktarını ölçmeye dayandığını biliyormuydunuz. Zira hava da bulunan gazların (bu arada su buharıda bir gaz olarak nitelendiriliyor) oranı bellidir. Normal şartlarda %78 azot, %21 oksijen ve %1 oranında da diğer gazlar yer alırki nem bu diğer gazlar katagorisinde yer alır. Ancak ortam nemi yükselmeye başladıkça havadaki oksijen miktarımazalarak yerine nem geçer. Bu teoriden yararlanılarak nem sensörleri yapılmıştır.
Biliyorsunuz yeni nesil araçlarda oksijen sensörleri yer almaktadır. Bunlarda zirkonyumdan yapılmışlardır. Benzer şekilde sırf ortam nemi için zirkonyum sensörler yapılmıştır. Bunun için yokogawa firmasının sensörlerine bakabilirsiniz. Nem olayı enteresan bir konudur. Ölçülen neme bağıl nem diyoruz. Sebebide sıcaklığa çok bağlıdır miktarı. Kapalı bir ortamda (1 m3 havada diyelim) 20 derece sıcaklıkta havada en fazla 17,3 gr su (nem) bulunabilir. Bu miktar dan fazla nem vermeye kalkarsanız nem miktarı artmaz çünki zaten %100 dür ve fazlası yoğunlaşıp su haline gelir. Ama aynı ortamı ısıtmaya başlayın ve 100 dereceye çıkartın ortamdaki nem miktarı 520 gr seviyesine kadar çıkar buda o sıcaklıktaki %100 nem oranıdır. Bu havayı yavaş yavaş soğutursanız sıcaklığa bağlı olarak fazla gelen nem yoğunlaşarak su halini alır. Bu nedenle ölçülen nem miktarının sıcaklık kompanizasyonunun mutlaka yapılması gerekir. Sht serisi gibi digital sensörlerde bu işlemi yapmak için data sheet de formül verilmiştir. Normal (analog) sensör kullandığınız zaman bunu kendinizin yapması gerek aksi halde ne ölçtüğünüzü bilemezsiniz. Daha açık bir deyimle bir ortamda ölçtüğünüz nem miktarını sıcaklığa bağlı olarak o sıcaklıkta olması gereken maksimum neme orantılamanız gerekir.
Bu nedenledirki genelde nem havadaki suyun gr cinsinden miktarı olarak ölçülmesi daha uygun olur. Diyelimki havada bulunduğunuz ortamda 10 gr su/m3 olarak ölçüm yaptınız sıcaklığınızda 20 derece. Bu sıcaklıkta maksimum nem 17,3 gr olmalıdır. O halde sizin bağıl neminiz 10/17,3 =0,578 yani %57,8 demeniz gerekir.
Sıcaklık 30 derece olsa idi maksimum nem yaklaşık 30 gr/m3 olacağı için 10/30=%33,3 nem var diyecektiniz.
Bu hususlara dikkat etmek gerekir.

Ete

[Erdem]

Çok yararlı bilgiler. Teşekkürler.